一个名为 CosmoCube 的微型卫星计划将利用月球背面作为天然屏障，以探测宇宙诞生初期的微弱信号。该项目旨在探索宇宙大爆炸后、第一批恒星出现前的“黑暗时代”，通过屏蔽地球的电磁干扰，监听来自135亿多年前的氢原子信号。此举不仅有望揭示宇宙如何从黑暗空旷演变为如今的复杂样貌，还将帮助科学家理解暗物质在早期宇宙中的作用。
探索宇宙的“黑暗时代”
这项由英国主导的国际科学项目，旨在解答宇宙学中最重大的问题之一：在第一批恒星诞生前的约1.5亿年里，宇宙发生了什么？这个时期被称为“宇宙黑暗时代”，此前从未被直接观测过。
- 目标信号: 科学家将监听一种名为 “21厘米线” 的微弱信号。
- 信号来源: 该信号由宇宙大爆炸之后、第一批恒星（即“宇宙黎明”）到来之前存在的氢原子发出。
- 探索意义: 直接观测这个 超过135亿年前 的时代，能帮助我们理解宇宙如何从黑暗、近乎空无一物的状态，过渡到我们今天所见的复杂结构。
- 理解暗物质: 该任务还将探索 暗物质 的作用，即那种将星系聚集在一起的神秘力量。
“来自大爆炸后、首批恒星出现前的氢原子发射，有望让我们理解暗物质在早期宇宙中的作用，以及它是如何将氢汇聚成第一批恒星和星系的。” - 首席作者 Eloy de Lera Acedo 教授
为何选择月球背面？
从地球上探测这种古老而微弱的信号极其困难，几乎不可能实现。月球背面则提供了一个完美的解决方案。
- 地球的干扰:
- 地球的 电离层 会阻挡探测所需的低频信号。
- 来自 FM广播、人造卫星和电信 的信号会完全淹没目标信号。
- 月球的优势:
- 月球本身构成了一个巨大的 天然电磁屏蔽罩。
- 当 CosmoCube 卫星环绕到月球背面时，它将有大约 40分钟 的时间完全不受地球噪声的干扰。
- 预计在两年的任务期内，它将积累 1000小时 的宝贵观测数据。
“没有其他地方能提供探测如此微弱信号所需的屏蔽，同时又能观测整个太空。月球背面确实是唯一的选择：它一次性解决了多个问题，为观测早期宇宙打开了一扇清晰的窗口。”
CosmoCube 的工作原理
为了实现这一雄心勃勃的科学目标，CosmoCube 卫星将采用一系列先进技术来确保测量的精确性。
- 部署天线: 进入绕月轨道后，卫星将展开一根长而轻的射电天线，其灵敏度足以在月球背面探测到“21厘米线”信号。
- 自我校准: 卫星将使用一种 “Dicke切换”校准器，在天空信号和内置参考源之间快速切换。这有助于消除卫星内部可能伪装成宇宙信号的微小漂移和噪声。
- 数据处理:
- 数据传回地球后，团队将使用先进的 贝叶斯统计方法 来移除来自我们银河系等来源的前景噪声。
- 通过计算机模拟和飞行中的测量，重建天线对天空不同区域的响应，从而减去任何剩余的信号失真。
项目的独特性与未来
CosmoCube 的独特之处不仅在于其科学目标，还在于其实现方式。
- 小巧且低成本: 该任务的突出特点是其 尺寸小巧（大约一个小型手提箱大小）和 相对较低的成本。它证明了使用紧凑平台也能探索宇宙最深处的奥秘。
- 英国主导: 从硬件、软件到技术实施，该项目大部分在英国开发，被视为一个潜在的“英国成功故事”。
- 紧迫性: 月球背面可能不会一直保持“安静”。美国、印度等其他国家也计划利用月球的这一独特环境，因此存在时间窗口。
- 项目进展: 该项目已获得英国航天局的资助，由萨里航天技术有限公司 (SSTL) 负责开发卫星平台。研究人员希望 CosmoCube 能在 未来五年内 发射。